[发明专利]高速铁路高架桥接触网系统附近地面落雷密度的估算方法

说明书

本发明公开了一种高速铁路高架桥接触网系统附近地面落雷密度的估算方法，首先确定系统研究空间，在有限差分法和超松弛迭代法计算空间电场的基础上，结合雷电分形理论，建立高速铁路高架桥接触网系统雷击分形发展模型；多次仿真所建立的模型，得到高速铁路高架桥附近地面的落雷次数及其对应坐标，在此基础上利用最小二乘多项式拟合法对其进行曲线拟合，并得到了拟合系数与高架桥高度的函数关系式，最终得出高架桥附近地面落雷密度与地面坐标及高架桥高度的函数表达式。本发明提出的估算方法可以对雷电环境下高速铁路接触网系统附近地面的落雷密度进行估计，对高架桥附近重要设备的安置具有一定的指导意义，以降低其被雷击中的概率。

技术领域

本发明涉及电力系统过电压技术领域，具体为一种高速铁路高架桥接触网系统附近地面落雷密度的估算方法。

背景技术

较高的高架桥接触网系统修建以后，由于其高出地面很多且尺寸较大，能够在一定范围内影响高速铁路周围的电场分布，具有较强的引雷特性，这可能会对地面落雷分布造成一定程度的影响，地面落雷分布直接决定地面建筑、设备被雷击中的概率，甚至威胁到人身安全，因此研究高架桥接触网系统对地面落雷分布的影响具有重大的理论意义和工程价值。

目前对于高大建筑及高速铁路高架桥雷击方面的研究主要集中在其自身的雷击特性，其中在2018第13期的IEEJ Transactions on Electrical and ElectronicEngineering上《Lightning Striking Characteristics to Tall Structures》基于观测数据，得出高大建筑物上行先导起始更易起始，导致其被雷击的概率增加。部分学者也研究了不同地域不同季节下高塔雷击特性的规律。在高速铁路方面，虽然国内很多学者对其雷击特性进行了大量研究，其中2013年第39期的高电压技术上《高速铁路牵引供电系统雷电防护体系》及2015年第41期的高电压技术上《PW线升高或架设避雷线雷电防护效果综合评估》均是基于接触网系统的特殊性对其防雷特性进行研究，并提出一定的保护措施，如升高PW线兼做避雷线或单独架设避雷线的防雷方案，但是以上研究都未涉及到建筑附近地面落雷情况，但基于以上研究成果可知，地面高大建筑会改变雷击路径，从而会在一定程度上影响建筑附近地面落雷分布情况。

此外上述研究应用了两种雷击模型：电气几何模型(EGM)和先导传播模型(LPM)，电气几何模型基于击距参数从几何角度来描述线路的引雷能力，并未考虑先导发展过程，先导传播模型只考虑了雷电发展的确定性，未考虑雷电发展的随机性。2010年第36期高电压技术上《输电线路防雷分析分形模型及其统计特性》虽然涉及到了输电线路架设对地面落雷分布的影响，但输电线路和接触网系统不论电压等级，线路架设高度，导线类型，系统结构，材料等都有很大的区别，同时上述研究用的是统计法和先导发展模型，也未能给出架设前后地面落雷分布的具体特性。在实际情况下，不同地段的高架桥及雷暴情况是不同的，因此有必要结合合理的雷电分形模型以求得高架桥附近地面落雷密度具体函数，能给出在不同高架桥高度下，及不同雷暴日情况下地面任意点的落雷密度，据此合理的对高架桥附近设备进行有效的保护。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的在于提供一种可以合理的估计高架桥附近地面任一点在雷电环境下的雷击概率，为高架桥附近重要设备的合理安置提供了理论依据的高速铁路高架桥接触网系统附近地面落雷密度的估算方法。技术方案如下：

一种高速铁路高架桥接触网系统附近地面落雷密度的估算方法，包括以下步骤：

步骤1：收集所研究的高速铁路高架桥接触网系统的典型尺寸，包括各导线放置方式，高度，各导线间距，桥墩、箱梁几何尺寸，接触网系统供电方式；建立的高速铁路高架桥接触网系统雷电分形发展模型，以高架桥中心位置为雷电先导起始位置为确定研究空间大小N×N；

步骤2：利用雷电分形发展模型模拟雷电下行先导发展过程：